本發(fā)明屬于汽車配件技術領域，尤其涉及一種雙向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術：

胎壓監(jiān)測系統(tǒng)因為可以提高車輛行駛安全性，降低油耗和避免輪胎因為漏氣而損壞而被越來越多的車輛安裝。胎壓監(jiān)測系統(tǒng)有單向和雙向之分，包括若干個胎壓傳感器和一個接收終端：胎壓傳感器安裝在車輛的每個輪胎里面，由電池供電，胎壓傳感器通常包括一個胎壓傳感器IC，RF天線和匹配電路，LF天線和匹配電路組成，傳感器IC有內(nèi)置的壓力傳感器，加速度傳感器，溫度傳感器，RF發(fā)射電路，LF接收電路，以及MCU等，傳感器IC有一個可以認為是唯一的序列號，一般把這個序列號作為身份識別，稱為私有身份碼；接收終端通常包括RF接收電路和天線，數(shù)據(jù)輸出，車輛總線接口，MCU等部件，雙向裝置的接收終端還包括與輪胎相等數(shù)量的LF發(fā)射電路和天線；有些后裝的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)沒有車輛總線接口，測量數(shù)據(jù)直接顯示在自帶的顯示屏上。工作中胎壓傳感器把測量的胎壓數(shù)據(jù)通過RF發(fā)射給接收終端，接收終端把接收到的各個輪胎的胎壓數(shù)據(jù)進行處理，然后把胎壓數(shù)據(jù)，以及可能的漏氣和失壓警告?zhèn)鬏數(shù)杰囕v總線，或者自帶的顯示屏上；雙向裝置的接收終端的LF部件主要用于傳感器喚醒和定位。

胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的一個重要性能指標是工作壽命，由于胎壓傳感器安裝在輪胎里面，由電池供電，因此胎壓傳感器電池的供電壽命決定了裝置的壽命，雙向裝置的壽命遠長于單向裝置，因為在車輛閑置狀態(tài)，雙向裝置定時開啟LF接收功能來檢測是否進入工作狀態(tài)，而單向裝置定時測量加速度來檢測是否進入工作狀態(tài)，前者的能耗遠遠低于后者，因此前者的電池供電壽命遠遠長于后者。

胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的另一個重要性能指標是喚醒時間，雙向裝置的接收終端檢測到車輛上電就立即用LF功能來喚醒胎壓傳感器，而且LF接收功能需要很低的能耗，開啟間隔可以設置很短，喚醒幾乎是即時的；單向裝置需要車輛運行到一定速度才能檢測到輪胎徑向加速度的變化，而且測量加速度需要的能耗比較的，測量間隔也設置得比較長，喚醒需要比較長的時間。

胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的還有一個重要性能指標是自動定位功能，雙向裝置的每個胎壓傳感器附件安裝一個LF發(fā)射天線，其作用域僅限于這個胎壓傳感器，因此可以對胎壓傳感器隨時進行快速定位；單向裝置一般不能自動定位，需要用學習器或者定位器進行手動定位；最近有基于測量車輛轉彎時各個輪胎的轉彎半徑差別進行自動定位方法，例如公開號CN105480029A提出的方法，和基于車輛的加速度導致胎壓變化進行自動定位的方法，但由于單向裝置的加速度測量時機不可控制，定位過程復雜，定位時間長。

由此可見，雙向裝置的各方面性能都比單向裝置要好，但雙向裝置與單向裝置相比，需要增加與輪胎數(shù)相等的LF發(fā)射組件，制造和安裝成本大大高于單向系統(tǒng)，在成本壓力下的中國本土市場具有競爭力的產(chǎn)品幾乎都是單向系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的一個技術問題是一種單LF發(fā)射部件的雙向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，它包括：控制終端和多個安裝在輪胎上的胎壓傳感器。

所述的控制終端包含MCU，LF發(fā)射部件，RF接收部件，和車輛的總線接口，MCU與LF發(fā)射部件連接用于發(fā)送控制命令到各個胎壓傳感器，MCU與RF接收部件相連接用于接收各個胎壓傳感器的測量數(shù)據(jù)，MCU與車輛的總線接口連接用于獲取車輛運行狀態(tài)和傳輸測量結果，MCU還用于控制所述各個部件的工作，所述的MCU有個自動重裝載定時器。

所述的LF發(fā)射部件的發(fā)射功率和天線安裝位置滿足所有胎壓傳感器的可靠接收，一個優(yōu)選的安裝位置是在控制器內(nèi)，控制器安裝在與各個輪胎的距離盡可能相等的位置。

所述的控制終端可以在現(xiàn)有技術中單向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的接收終端硬件基礎上增加一個LF發(fā)射部件來實施，

所述的胎壓傳感器包含MCU，壓力傳感器，LF接收部件，RF發(fā)射部件，和電池，MCU與壓力傳感器連接用于獲取胎壓測量值，MCU與LF接收部件連接用于接收控制終端的控制命令，MCU與RF發(fā)射部件連接用于發(fā)送測量數(shù)據(jù)到控制終端，MCU還用于控制所述各個部件的工作，電池為胎壓傳感器各個部件供電。

所述的胎壓傳感器還可以包括一個加速度傳感器，其中MCU與加速度傳感器連接用于獲取輪胎的向心加速度。

所述的胎壓傳感器硬件可以采用現(xiàn)有技術來實施，一種優(yōu)選的胎壓傳感器采用英飛凌(INFINEON)的SP37胎壓傳感器IC，LF和RF匹配電路，以及LF接收天線和RF發(fā)射天線組成。

所述的每個胎壓傳感器有兩個身份識別ID，稱為公共ID和私有ID，公共ID是固定的，各個胎壓傳感器的公共ID相同，私有ID各不相同，一種優(yōu)選的私有ID是胎壓傳感器IC的序列碼，身份識別ID用于控制終端與胎壓傳感器之間通訊的身份識別，控制終端發(fā)送帶有私有ID的信息用于指定某個胎壓傳感器接收，發(fā)送帶有公共ID的信息用于所有胎壓傳感器接收，胎壓傳感器發(fā)送帶有私有ID的信息用于表明身份，胎壓傳感器上電時把自己的身份識別ID設置為公共ID，胎壓傳感器內(nèi)置有定時器中斷，胎壓傳感器每次收到接收終端命令時重置定時器，定時器發(fā)生溢出時，胎壓傳感器把自己的身份識別ID設置為公共ID。

本發(fā)明要解決的第二個技術問題是上述單LF發(fā)射部件雙向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中胎壓傳感器的節(jié)能方法，它包括：胎壓傳感器處于被動工作狀態(tài)，胎壓傳感器的常態(tài)為低功耗休眠狀態(tài)，當胎壓傳感器接收到帶喚醒碼的命令并且所述的喚醒碼與自身預置的喚醒碼相同時，執(zhí)行相應的命令，并且重置定時器，隨后進入休眠狀態(tài)，胎壓傳感器有兩個喚醒碼可以預置，分別是上述的公用ID和私有ID，一種優(yōu)選的喚醒機制如英飛凌SP30胎壓傳感器芯片的LF喚醒機制。

本發(fā)明要解決的第三個技術問題是上述單LF發(fā)射部件雙向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中胎壓傳感器私有ID的獲取方法，包括下面步驟：

步驟31，控制終端發(fā)送以公共ID為喚醒碼的獲取私有ID命令；

步驟32，各個胎壓傳感器接收到命令后喚醒，向控制終端發(fā)送自己的私有ID，然后進入休眠；

步驟33，控制終端接收到某個胎壓傳感器的私有ID后，記錄此私有ID，并發(fā)送以公共ID為喚醒碼的私有ID確認信息；

步驟34，胎壓傳感器接收到確認后，把喚醒碼設置為自己的私有ID，然后進入休眠；

步驟35，如果控制終端接收到所有胎壓傳感器的私有ID，獲取胎壓傳感器私有ID的過程結束，否則重復步驟31到步驟34.

本發(fā)明要解決的第四個技術問題是上述單LF發(fā)射部件雙向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)測量和傳輸方法，包括下面步驟：

步驟41，控制終端向胎壓傳感器發(fā)送以私有ID為喚醒碼和帶測量對象信息的測量命令，所述的測量對象是胎壓或者加速度；

步驟42，胎壓傳感器接收到測量命令后，按測量命令的測量對象進行測量，然后向控制終端發(fā)送帶私有ID測量結果，然后進入休眠；

步驟43，控制終端接收測量結果。

本發(fā)明要解決的第五個技術問題是上述單LF發(fā)射部件雙向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中胎壓傳感器喚醒方法，包括下面步驟：

步驟51，控制終端發(fā)送以公共ID為喚醒碼的喚醒命令；

步驟52，胎壓傳感器接收到喚醒命令后，把喚醒碼設置為自己的私有ID，然后進入休眠；

步驟53，控制終端按上述的數(shù)據(jù)測量和傳輸方法的步驟依次從各個胎壓傳感器獲取胎壓值；

步驟54，控制終端完成了四個胎壓傳感器的獲取操作，喚醒過程結束。

本發(fā)明要解決的第六個技術問題是上述單LF發(fā)射部件雙向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的測量周期設置方法，它包括：接收控制器MCU包含一個自動重裝載定時器，所述的定時器溢出觸發(fā)發(fā)送胎壓測量命令，MCU從總線接口周期獲取車速，并根據(jù)車速設置定時時間，一種優(yōu)先的胎壓測量間隔設置為

胎壓測量間隔(秒)＝240/(1+車速(公里/小時))(取整數(shù))

本發(fā)明要解決的第七個技術問題是上述單LF發(fā)射部件雙向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的一種基于胎壓變化的自動定位方法，它包括下面定位過程：

接收終端從總線接口周期獲取車輛速度和輪胎轉彎角，根據(jù)速度變化得到車輛縱向加速度，根據(jù)輪胎轉彎角得到轉彎方向，然后根據(jù)三種狀態(tài)接收終端進行對應操作：

狀態(tài)1，縱向加速度為零和沒有轉彎：從各個胎壓傳感器獲取當前胎壓值，并且把當前胎壓值存入靜態(tài)胎壓變量，記為P01，P02，P03，P04；

狀態(tài)2，縱向加速度非零和沒有轉彎：從各個胎壓傳感器獲取當前胎壓值，記為P11，P12，P13，P14；把當前胎壓值減靜態(tài)胎壓值，DP1＝P11-P01，DP2＝P12-P02，DP3＝P13-P03，DP4＝P14-P04，在DP1到DP4為兩正兩負的情況下，根據(jù)加速度方向確定是加速還是減速，減速時把上述DP1到DP4中為正的對應兩個傳感器設置前輪標志，為負的對應兩個傳感器設置后輪標志，加速時把上述DP1到DP4中為正的對應兩個傳感器設置后輪標志，為負的對應兩個傳感器設置前輪標志；

狀態(tài)3，縱向加速度為零和在轉彎，從各個胎壓傳感器獲取當前胎壓值，記為P11，P12，P13，P14；把當前胎壓值減靜態(tài)胎壓值，DP1＝P11-P01，DP2＝P12-P02，DP3＝P13-P03，DP4＝P14-P04，在DP1到DP4為兩正兩負的情況下，根據(jù)轉彎方向進行如下操作，左轉時把上述結果為正的傳感器設置右輪標志，結果為負的傳感器設置左輪標志，右轉時把上述結果為正的傳感器設置左輪標志，結果為負的傳感器設置右輪標志。

本發(fā)明的基本原理是：車輛轉彎或者加減速時，車輛有個慣性力會導致各個輪胎對地面的壓力發(fā)生變化，壓力的變化引起輪胎形變的改變，輪胎形變引起氣囊容積的改變，氣囊容積的改變導致胎壓的變化，這種胎壓的變化量與車輛加速度方向和胎壓傳感器所在的輪胎位置有關，通過測量胎壓變化量的大小和車輛加速度方向，可以對傳感器位置進行定位。

圖2是車輛的受力示意圖，其中t1是前輪組兩個輪胎在縱向坐標的受力點，t1是后輪組兩個輪胎在縱向坐標的受力點，2*N1是前輪組兩個輪胎對地面壓力的反作用力(稱為彈力)之和，2*N2是后輪組兩個輪胎對地面壓力的反作用力(稱為彈力)之和，M是車輛的質(zhì)心位置，m是車輛的重量，a是車輛的加速度，g是重力加速度，F(xiàn)是地面摩擦力。

垂直方向力平衡：m*g＝2*N1+2*N2

以t1為原點力矩平衡：m*g*L1＝m*a*H+2*N2*(L1+L2)

得到：N2＝m*g*L1/(2*(L1+L2))-m*a*H/(2*(L1+L2))

N1＝m*g/2-N2

因此加速度導致數(shù)值為-m*a*H/(2*(L1+L2)的胎壓變化，負號表示：加速度方向的輪胎組的彈力變小，加速度反方向的輪胎組的彈力變大。

彈力作用在輪胎上導致輪胎形變，以滿足力平衡：P*A＝N，A是輪胎與地面的接觸面積，P1是輪胎的壓強，N是彈力，

當彈力N改變，接觸面積A改變，A的改變意味輪胎形變改變，導致輪胎氣囊的體積改變，從而輪胎的氣壓發(fā)生改變，達到新的力平衡：(P+ΔP)*(A+ΔA)＝N+ΔN。

結論是加速度導致加速度方向的輪胎組的胎壓變小，加速度反方向的輪胎組的胎壓變大；類似的，橫向分組可以得到相同的結論。因此通過測量胎壓的變化，在車輛加速和減速時，存在縱向加速度，可以對輪胎進行縱向分組，得到各個輪胎的前后位置；在車輛轉彎時，存在橫向的向心加速度，可以對輪胎進行橫向分組，得到各個輪胎的左右位置。完成了縱向分組和橫向分組，各個傳感器所在的輪胎的位置被唯一確定了。

本發(fā)明要解決的第八個技術問題是上述單LF發(fā)射部件雙向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的一種基于加速度差異的自動定位方法，它包括下面定位過程：

接收終端從總線接口周期獲取車輛輪胎轉彎角，根據(jù)輪胎轉彎角得到轉彎方向，然后根據(jù)兩種狀態(tài)接收終端進行對應操作：

直行狀態(tài)按如下步驟操作：

步驟701：周期循環(huán)獲取各個胎壓傳感器加速度并且各自進行累加，記為Asum1，Asum2，Asum3，Asum4，直至車輛脫離直行狀態(tài)；

步驟702：在車輛脫離直行狀態(tài)時，判斷模塊把步驟41的累加值進行校正系數(shù)計算，

Aavg＝(Asum1+Asum2+Asum3+Asum4)/4

K1＝Aavg/Asum1

K2＝Aavg/Asum2

K3＝Aavg/Asum3

K4＝Aavg/Asum4

轉彎狀態(tài)按如下步驟操作：

步驟711，獲取各個輪胎的徑向加速度值，記為A01，A02，A03，A04，并且根據(jù)步驟702得到校正系數(shù)進行校正：

A01＝K1*A01

A02＝K2*A02

A03＝K3*A03

A04＝K4*A04

步驟712，自大到小排序徑向加速度值，排序后的加速度值記為：A1，A2，A3，A4。

步驟713，計算排序后各組相鄰值的差值：D1＝A1-A2，D2＝A2-A3，D3＝A3-A4.

步驟714，在差值都大于設定的閾值的情況下，根據(jù)轉彎方向做如下定位：

左轉時，最大加速度值的傳感器在前右輪，第二大的在后右輪，第三大的在前左輪，最小的在后左輪；

右轉時，最大加速度值的傳感器在前左輪，第二大的在后左輪，第三大的在前右輪，最小的在后右輪。

閾值的設定是為了避免在小差值情況下由于加速度測量的誤差導致誤定位，優(yōu)選的閾值是加速度傳感器測量精密度的1～3倍。

本發(fā)明的原理是根據(jù)車輛轉彎時各個輪胎的轉彎半徑不同，安裝在輪轂外緣的胎壓傳感器內(nèi)置的徑向加速度傳感器測量到的向心加速度也不同，由此對各個胎壓傳感器所在的輪胎位置進行甄別。圖1是根據(jù)阿克曼轉向幾何繪制的車輛右轉時各個輪胎的轉彎半徑圖，其中A是輪距，B是軸距，α是輪胎轉角，Rfl，Rfr，Rrl，Rrr分別是前左，前右，后左，后右輪胎的轉彎半徑，各個輪胎的轉彎半徑可以根據(jù)A，B，α計算：

C＝B*Ctg(α)

Rrl＝C+A/2

Rrr＝C-A/2

Rfl＝sqr(B^2+Rrl^2)

Rfr＝sqr(B^2+Rrr^2)

得到：Rfl＞Rrl＞Rfr＞Rrr。

因為轉彎半徑越大，輪胎的轉速越高，加速度測量模塊測量到的向心加速度也越大，存在如下輪胎位置和向心加速度關系：

前左輪向心加速度＞后左輪向心加速度＞前右輪向心加速度＞后右輪向心加速度。

同樣的分析適合于車輛左轉，可以得到：

Rfr＞Rrr＞Rfl＞Rrl

前右輪向心加速度＞后右輪向心加速度＞前左輪向心加速度＞后左輪向心加速度。

本發(fā)明具有下列優(yōu)點：

1.在單向系統(tǒng)基礎上增加一個LF發(fā)射部件可以實現(xiàn)現(xiàn)有雙向技術的所有功能；

2.胎壓傳感器被動工作模式使其具有測量數(shù)據(jù)傳輸防碰撞功能，比現(xiàn)有技術更節(jié)能；

3.胎壓測量間隔和測量數(shù)據(jù)傳輸間隔可以由接收控制器根據(jù)車速，路況和胎壓的變化來控制，在進一步降低胎壓傳感器能耗的同時，提高了車輛行駛的安全性；

4.監(jiān)測策略的改變只需要改變接收控制器的程序，可以遠程下載更新；

5.胎壓傳感器的工作狀態(tài)不需要加速度傳感器的參與，進一步降低了能耗；

6.各個胎壓傳感器測量時機的可控性使一些用轉彎和胎壓進行自動定位的過程變得快速，簡單，和可靠；

7.LF發(fā)射部件，包括發(fā)射天線，可以安裝在接受終端內(nèi)，簡化了雙向裝置的安裝復雜性和成本。

附圖說明

圖1是根據(jù)阿克曼轉向幾何繪制的車輛右轉時各個輪胎的轉彎半徑圖

圖2是車輛的受力圖。

圖3是一種優(yōu)先的單LF發(fā)射部件的雙向胎壓傳監(jiān)測系統(tǒng)的結構

圖4是控制終端的結構。

圖5是胎壓傳感器的結構。

圖6是胎壓傳感器程序流程框圖

圖7是接收控制器程序流程框圖

具體實施方式

以下以具體實施方式對本發(fā)明進行詳細描述，圖3是一種優(yōu)先的單LF發(fā)射部件的雙向胎壓傳監(jiān)測系統(tǒng)的結構，它包括：控制終端20，四個安裝在輪胎上的胎壓傳感器10。

控制終端20的結構如圖4所示，它包含MCU200，LF發(fā)射部件201，RF接收部件202，和車輛的總線接口203；MCU200與LF發(fā)射部件201連接用于發(fā)送控制命令到各個胎壓傳感器，MCU200與RF接收部件202相連接用于接收各個胎壓傳感器的測量數(shù)據(jù)，MCU201與車輛的總線接口203連接用于獲取車輛運行狀態(tài)和傳輸測量結果，MCU200還用于控制所述各個部件的工作。

控制終端20的各個部件安裝在一個外殼內(nèi)，并且固定在車輛排擋下方的底盤上與四個輪胎距離盡量相等的位置，LF發(fā)射部件201的發(fā)射功率滿足各個胎壓傳感器能可靠接收。

控制終端20也可以用現(xiàn)有技術中單向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的接收終端硬件基礎上增加一個LF發(fā)射部件來實現(xiàn)，

胎壓傳感器10的結構如圖5所示，它包含MCU100，LF接收部件101，RF發(fā)射部件102，壓力傳感器103，加速度傳感器104，和電池105；MCU100與LF接收部件101連接用于接收控制終端的控制命令，MCU100與RF發(fā)射部件102連接用于發(fā)送測量數(shù)據(jù)到控制終端，MCU100與壓力傳感器103連接用于獲取胎壓測量值，MCU100與加速度傳感器105連接用于獲取徑向加速度測量值，MCU100還用于控制所述各個部件的工作，電池105為胎壓傳感器各個部件供電。

胎壓傳感器10也可以使用現(xiàn)有技術的硬件來實現(xiàn)，一種優(yōu)選的胎壓傳感器采用英飛凌(INFINEON)的SP37胎壓傳感器IC和的LF和RF匹配電路以及LF接收天線和RF發(fā)射天線組成。

接收控制器的程序流程如圖6所示，接收控制器全局控制胎壓傳感器的工作，其中傳感器定位操作可以采用發(fā)明內(nèi)容中所述的兩個定位方法之一，或者混合使用這兩個定位方法；接收控制器MCU包含一個自動重裝載定時器，定時器溢出觸發(fā)發(fā)送胎壓測量命令，MCU從總線接口周期獲取車速，并根據(jù)車速設置定時時間，一種優(yōu)先的胎壓測量間隔設置為

胎壓測量間隔(秒)＝240/(1+車速(公里/小時))(取整數(shù))

為了避免頻繁設置測量間隔，可以設定一個容差窗口，當根據(jù)當前車速計算得到的測量間隔與正在執(zhí)行的測量間隔差的絕對值大于容差窗口時才進行設置。

胎壓傳感器的程序流程如圖7所示，胎壓傳感器處于被動工作狀態(tài)，胎壓傳感器的常態(tài)為低功耗休眠狀態(tài)，當胎壓傳感器接收到帶喚醒碼的命令并且所述的喚醒碼與自身預置的喚醒碼相同時，執(zhí)行相應的命令，并且重置定時器，隨后進入休眠狀態(tài)；胎壓傳感器有兩個喚醒碼可以預置，一個是固定的各個胎壓傳感器相同的公共ID，一個是各個胎壓傳感器各不相同的私有ID；私有ID還作為接受控制器識別胎壓傳感器的身份碼；一種優(yōu)先的私有ID是胎壓傳感器IC的序列號，如英飛凌的SP37有四個字節(jié)的序列號，基本能保證各個傳感器的私有ID不重復。